CN105006217A - 一种高带载能力led显示屏异步控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高带载能力LED显示屏异步控制系统，与上位机通信连接，其特征在于包括发送主卡模块：接收上位机送来的显示信息，构建发送主卡模块与接收卡模块的数据通信通道，对显示信息进行处理、传输、存储以及显示；接收卡模块，包括若干接收卡，每个接收卡分别连接一个LED模组，接收卡模块一方面用于驱动与对应接收卡通信连接的LED模组；另一方面用于将非本接收卡的数据通过网络接口转发给下一张接收卡。有益效果为：本发明提供的异步控制系统灰度级数可设置，最高支持24位16777216级灰度支持。最主要的优点是1张发送主卡最多可带40张接收卡，组成的异步控制系统最高可带2048*1130全彩像素点。
Description
技术领域
本发明涉及LED显示屏控制，尤其涉及一种高带载能力LED显示屏异步控制系统。
背景技术
LED 显示屏分类多种多样， 按控制或使用方式分同步和异步。同步方式是指 LED 显示屏的工作方式基本等同于电脑的监视器， 它以至少 30 场 / 秒的更新速率点点对应地实监视器上的图时映射电脑像 , 通常具有多灰度的颜色显示能力，可达到多媒体的宣传广告效果。异步方式是指LED屏具有存储及自动播放的能力，在 PC 机上编辑好的文字及无灰度图片通过串口或其他网络接口传入 LED 屏 , 然后由 LED 屏脱机自动播放，一般没有多灰度显示能力，主要用于显示文字信息，可以多屏联网。
LED全彩异步控制系统相比同步控制系统的优点是：解码和显示功能全部由异步卡本地完成，可脱离PC和网络运行。一方面降低了整个LED显示屏的成本，另一方面很方便实现多屏控制和管理。
发明内容
本发明目的在于克服以上现有技术之不足，提供一种高带载能力LED显示屏异步控制系统，具体有以下技术方案实现：
所述高带载能力LED显示屏异步控制系统，与上位机通信连接，包括
发送主卡模块：接收上位机送来的显示信息，构建发送主卡模块与接收卡模块的数据通信通道，对显示信息进行处理、传输、存储以及显示；
接收卡模块，包括若干接收卡，每个接收卡分别连接一个LED模组，接收卡模块一方面用于驱动与对应接收卡通信连接的LED模组；另一方面用于将非本接收卡的数据通过网络接口转发给下一张接收卡。
所述高带载能力LED显示屏异步控制系统的进一步设计在于，所述发送主卡模块包括发送主卡FPGA芯片、嵌入式模块、DDR存储器以及SPI Flash存储器，所述发送主卡FPGA芯片与嵌入式模块通过LVDS接口以及I2C接口实现通信连接，所述DDR存储器、SPI Flash存储器分别与发送主卡FPGA芯片通信连接。
所述高带载能力LED显示屏异步控制系统的进一步设计在于，所述嵌入式模块包括
网络通信单元，接收上位机的配置信息和多媒体数据；
播放控制单元，将网络通信模块接收到的配置信息保存起来，将多媒体数据通过硬件解码单元，实时流畅解码并输出流媒体数据；
输出接口单元，将所述配置信息通过I2C口发送到主卡的存储设备，另一方面将解码后的多媒体数据通过LVDS发送到发送主卡FPGA芯片。
所述高带载能力LED显示屏异步控制系统的进一步设计在于，所述发送主卡FPGA芯片
首先，通过LVDS高速接口接收嵌入式模块发出的流媒体数据，通过I2C接口接收嵌入式模块发出的配置信息；
接着，根据所述配置信息对流媒体数据进行实时分割，再将分割后的数据发送给对应的接收卡；
同时，存储非实时显示数据和配置数据；对LED屏工作方式进行配置，包括灰度级、扫描方式、亮度以及LED电源。
所述高带载能力LED显示屏异步控制系统的进一步设计在于，所述数据分割按照用户设定的配置信息对RGB信号进行划分和编号，所述配置信息存储于可读写的SPI flash或由用户通过网络发送给嵌入式模块再通过I2C接口给发送主卡FPGA芯片，可实时修改。
所述高带载能力LED显示屏异步控制系统的进一步设计在于，所述嵌入式模块采用的是freescale IMX6处理器，Cortex-A9核心。
所述高带载能力LED显示屏异步控制系统的进一步设计在于，所述接收卡包括接收卡FPGA芯片、两片以太网接口芯片、LPDDR存储器以及SPI Flash存储器，所述两片以太网接口芯片、LPDDR存储器以及SPI Flash存储器分别与接收卡FPGA芯片通信连接。
所述高带载能力LED显示屏异步控制系统的进一步设计在于，所述接收卡FPGA芯片
通过以太网接口芯片接收发送主卡FPGA芯片分割好的流媒体数据以及配置信息进行再次的实时分割和组合，并发送给与配置信息设定的下一张接收卡；
同时，存储非实时显示数据和配置数据；对LED屏工作方式进行配置，包括灰度级、扫描方式、亮度以及LED电源。
所述高带载能力LED显示屏异步控制系统的进一步设计在于，所述发送主卡FPGA芯片、接收卡FPGA芯片选用Xilinx公司的XC6SLX16FTG256 Spartan-6 FPGA芯片。
本发明的优点如下：
本发明提供的LED显示屏异步控制系统采用的是freescale IMX6处理器，Cortex-A9核心，主频为1GHz，带2D/3D/VG加速器，支持1080P的h.264视频硬件编解码。灰度级数可设置，最高支持 24位 16777216 级灰度支持。最主要的优点是1张发送主卡最多可带40张接收卡，组成的异步控制系统最高可带2048*1130全彩像素点。
附图说明
图1是高带载能力LED显示屏异步控制系统应用示意图。
图2是发送主卡硬件框图。
图3是发送主卡FPGA设计功能框图。
图4是接收卡硬件框图。
图5是接收卡FPGA设计功能框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明方案进行详细说明。
本实施例提供的高带载能力LED显示屏异步控制系统，与上位机通信连接，主要由发送主卡模块与接收卡模块组成，参见图1。
如图2所示，发送主卡模块：接收上位机送来的显示信息，构建发送主卡模块与接收卡模块的数据通信通道，对显示信息进行处理、传输、存储以及显示。接收卡模块，包括若干接收卡，每个接收卡分别连接一个LED模组，接收卡模块一方面用于驱动与对应接收卡通信连接的LED模组；另一方面用于将非本接收卡的数据通过网络接口转发给下一张接收卡。
发送主卡模块主要由发送主卡FPGA芯片、嵌入式模块、DDR存储器以及SPI Flash存储器组成。发送主卡FPGA芯片与嵌入式模块通过LVDS接口以及I2C接口实现通信连接，DDR存储器、SPI Flash存储器分别与发送主卡FPGA芯片通信连接。
嵌入式模块主要由网络通信单元、播放控制单元以及输出接口单元组成。网络通信单元，接收上位机的配置信息和多媒体数据。播放控制单元，将网络通信模块接收到的配置信息保存起来，将多媒体数据通过硬件解码单元，实时流畅解码并输出流媒体数据。输出接口单元，将配置信息通过I2C口发送到主卡的存储设备，另一方面将解码后的多媒体数据通过LVDS发送到发送主卡FPGA芯片。
如图3所示，发送主卡FPGA芯片首先，通过LVDS高速接口接收嵌入式模块发出的流媒体数据，通过I2C接口接收嵌入式模块发出的配置信息。接着，根据配置信息对流媒体数据进行实时分割，再将分割后的数据发送给对应的接收卡。同时，存储非实时显示数据和配置数据；对LED屏工作方式进行配置，包括灰度级、扫描方式、亮度以及LED电源。
数据分割按照用户设定的配置信息对RGB信号进行划分和编号，配置信息存储于可读写的SPI flash或由用户通过网络发送给嵌入式模块再通过I2C接口给发送主卡FPGA芯片，可实时修改。
嵌入式模块采用的是freescale IMX6处理器，Cortex-A9核心，主频为1GHz，其内部提供的资源丰富，本设计所使用到的主要资源如表1所示。
表1
接收卡主要由接收卡FPGA芯片、两片以太网接口芯片、LPDDR存储器以及SPI Flash存储器组成，参见图4、图5。两片以太网接口芯片、LPDDR存储器以及SPI Flash存储器分别与接收卡FPGA芯片通信连接。接收卡上的对外接口如表2所示。
表2
单张接收卡带载能力为256*226全彩像素点。
接收卡FPGA芯片通过以太网接口芯片接收发送主卡FPGA芯片分割好的流媒体数据以及配置信息进行再次的实时分割和组合，并发送给与配置信息设定的下一张接收卡；
同时，存储非实时显示数据和配置数据；对LED屏工作方式进行配置，包括灰度级、扫描方式、亮度以及LED电源。
发送主卡FPGA芯片、接收卡FPGA芯片选用Xilinx公司的XC6SLX16FTG256 Spartan-6 FPGA芯片。它分为4个IO模块，核心供电电压为1.2V，辅助电压2.5V，每个BANK供电电压在1.8、2.5和3.33个固定值中可选。其最大IO数量为232，其中除去电源引脚还剩下186个引脚可用。Spartan-6系列FPGA芯片具有LVDS接口，并且每对差分I/O的数据传输速率平均高达1050Mbps，首次集成锁相环技术PLL，能够提供1080MHz范围内的各种频率输出要求。
本发明使用的以太网接口芯片是AR8035AL1B，它能提供低成本和低功耗的设计。AR8035AL1B是一种高集成度的以太网芯片，能够提供网络物理层的10/100/1000Mbps的三种速度传输方式，支持简化的RGMII接口与MAC相连，可工作在全双工和半双工工作模式下。其输入电压可选，包括2.5V、1.8V和1.5V，兼容3.3V I/O电压。
在使用时我将其与3.3V 供电的BANK1、和BANK2相连，另一端并不直接与RJ45网络接口母头相连，而是在中间加上了一个网络变压器，用于防雷击和涌浪电压。
Claims (9)
1.一种高带载能力LED显示屏异步控制系统，与上位机通信连接，其特征在于包括
发送主卡模块：接收上位机送来的显示信息，构建发送主卡模块与接收卡模块的数据通信通道，对显示信息进行处理、传输、存储以及显示；
接收卡模块，包括若干接收卡，每个接收卡分别连接一个LED模组，接收卡模块一方面用于驱动与对应接收卡通信连接的LED模组；另一方面用于将非本接收卡的数据通过网络接口转发给下一张接收卡。
2.根据权利要求1所述的高带载能力LED显示屏异步控制系统，其特征在于所述发送主卡模块包括发送主卡FPGA芯片、嵌入式模块、DDR存储器以及SPI Flash存储器，所述发送主卡FPGA芯片与嵌入式模块通过LVDS接口以及I2C接口实现通信连接，所述DDR存储器、SPI Flash存储器分别与发送主卡FPGA芯片通信连接。
3.根据权利要求2所述的高带载能力LED显示屏异步控制系统，其特征在于所述嵌入式模块包括
网络通信单元，接收上位机的配置信息和多媒体数据；
播放控制单元，将网络通信模块接收到的配置信息保存起来，将多媒体数据通过硬件解码单元，实时流畅解码并输出流媒体数据；
输出接口单元，将所述配置信息通过I2C口发送到主卡的存储设备，另一方面将解码后的多媒体数据通过LVDS发送到发送主卡FPGA芯片。
4.根据权利要求2所述的高带载能力LED显示屏异步控制系统，其特征在于所述发送主卡FPGA芯片
首先，通过LVDS高速接口接收嵌入式模块发出的流媒体数据，通过I2C接口接收嵌入式模块发出的配置信息；
接着，根据所述配置信息对流媒体数据进行实时分割，再将分割后的数据发送给对应的接收卡；
同时，存储非实时显示数据和配置数据；对LED屏工作方式进行配置，包括灰度级、扫描方式、亮度以及LED电源。
5.根据权利要求4所述的高带载能力LED显示屏异步控制系统，其特征在于所述数据分割按照用户设定的配置信息对RGB信号进行划分和编号，所述配置信息存储于可读写的SPI flash或由用户通过网络发送给嵌入式模块再通过I2C接口给发送主卡FPGA芯片，可实时修改。
6.根据权利要求2-5任一项所述的高带载能力LED显示屏异步控制系统，其特征在于所述嵌入式模块采用的是freescale IMX6处理器，Cortex-A9核心。
7.根据权利要求1所述的高带载能力LED显示屏异步控制系统，其特征在于所述接收卡包括接收卡FPGA芯片、两片以太网接口芯片、LPDDR存储器以及SPI Flash存储器，所述两片以太网接口芯片、LPDDR存储器以及SPI Flash存储器分别与接收卡FPGA芯片通信连接。
8.根据权利要求7所述的高带载能力LED显示屏异步控制系统，其特征在于所述接收卡FPGA芯片
通过以太网接口芯片接收发送主卡FPGA芯片分割好的流媒体数据以及配置信息进行再次的实时分割和组合，并发送给与配置信息设定的下一张接收卡；
同时，存储非实时显示数据和配置数据；对LED屏工作方式进行配置，包括灰度级、扫描方式、亮度以及LED电源。
9.根据权利要求2-8任一项所述的高带载能力LED显示屏异步控制系统，其特征在于所述发送主卡FPGA芯片、接收卡FPGA芯片选用Xilinx公司的XC6SLX16FTG256 Spartan-6 FPGA芯片。
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